四位超前进位加法器,四位超前进位加法器原理图

('1.课程设计名称四位超前进位加法器2.课程设计内容设计一个四位加法器，要求要有超前进位，减小输出的延迟，采用0.13um工艺设计。3.课程设计目的训练学生综合运用学过的数字集成电路的基本知识，独立设计相对复杂的数字集成电路的能力。4.课程设计要求4.1、按设计指导书中要求的格式书写，所有的内容一律打印；4.2、报告内容包括设计过程、仿真的HSPICE网表，软件仿真的结果及分析、延时的手工计算；4.3、要有整体电路原理图，仿真的波形图；4.4、软件仿真必须要有必要的说明；要给出各个输入信号的具体波形和输出信号的测试结果。4.5、写出对应的HSPICE设计网表，网表仿真结果符合设计要求。把仿真图形附在报告上。4.6、设输入端的电容为Cinv，输出端的负载电容为5000Cinv，从输入到输出任意找一通路，优化通路延时，手工计算确定通路中每个门对应的晶体管的尺寸。每组三个同学选择不能为同一通路。此部分的计算参数可采用书中第六章的参数。4.7、各种器件的具体结构可参考阎石的《数字电子技术基础》一书。不允许有完全一样的报告，对于报告完全相同者，记为不及格。5.使用软件软件为HSPICE和COSMOS-SCOPE。6.课程设计原理由全加器的真值表可得Si和Ci的逻辑表达式：1定义两个中间变量Gi和Pi：当Ai＝Bi＝1时，Gi＝1，由Ci的表达式可得Ci＝1，即产生进位，所以Gi称为产生量变。若Pi＝1，则Ai·Bi＝0，Ci＝Ci-1，即Pi＝1时，低位的进位能传送到高位的进位输出端，故Pi称为传输变量，这两个变量都与进位信号无关。将Gi和Pi代入Si和Ci得：进而可得各位进位信号的逻辑表达如下：根据逻辑表达式做出电路图（如图）：2逻辑功能图中有2输入异或门，2输入与门，3输入与门，4输入与门，2输入或门，3输入或门，4输入或门，其转化成CMOS晶体管图如下：37.课程设计网表xor2.subcktxor2abcdfmxorpa1avddvddpmosl=2w=8mxorpbfd1vddpmosl=2w=8mxorpc2bvddvddpmosl=2w=8mxorpdfc2vddpmosl=2w=8mxornafa30nmosl=2w=44mxornb3b00nmosl=2w=4mxorncfc40nmosl=2w=4mxornd4d00nmosl=2w=4.endsxor2and2.subcktand2abfmandpafavddvddpmosl=2w=4mandpbfbvddvddpmosl=2w=4mandnafa10nmosl=2w=4mandnb1b00nmosl=2w=4.endsand2and3.subcktand3abcfmandpafavddvddpmosl=2w=4mandpbfbvddvddpmosl=2w=4mandpcfcvddvddpmosl=2w=4mandnafa10nmosl=2w=6mandnb1b20nmosl=2w=6mandnc2c00nmosl=2w=6.endsand3and4.subcktand4abcdfmandpafavddvddpmosl=2w=4mandpbfbvddvddpmosl=2w=4mandpcfcvddvddpmosl=2w=4mandpdfdvddvddpmosl=2w=4mandnafa10nmosl=2w=8mandnb1b20nmosl=2w=8mandnc2c30nmosl=2w=8mandnd3d00nmosl=2w=8.endsand4or2.subcktor2abfmorpa1avddvddpmosl=2w=8morpbfb1vddpmosl=2w=8mnafa00nmosl=2w=4mnbfb00nmosl=2w=4.endsor2or35.subcktor3abcfmorpa1avddvddpmosl=2w=12morpb2b1vddpmosl=2w=12morpcfc2vddpmosl=2w=12mnafa00nmosl=2w=4mnbfb00nmosl=2w=4mncfc00nmosl=2w=4.endsor3or4.subcktor4abcdfmorpa1avddvddpmosl=2w=16morpb2b1vddpmosl=2w=16morpc3c2vddpmosl=2w=16morpdfd3vddpmosl=2w=16mnafa00nmosl=2w=4mnbfb00nmosl=2w=4mncfc00nmosl=2w=4mndfd00nmosl=2w=4.endsor4not.subcktnotafmnotpafavddvddpmosl=2w=4mnotnafa00nmosl=2w=2.endsnot反相器or21.subcktor21abfxor2ab1or2xnot1fnot.endsor212输入或门or31.subcktor31abcfxor3abc1or3xnot1fnot.endsor313输入或门or41.subcktor41abcdfxor4abcd1or4xnot1fnot.endsor414输入或门6xor21.subcktxor21abfxmaA5notxnbB5notxxorabA5B5fxor2.endsxor212输入异或门and21.subcktand21abfxand2ab1and2xnot1fnot.endsand212输入与门and31.subcktand31abcfxand3abc1and3xnot1fnot.endsand313输入与门and41.subcktand41abcdfxand4abcd1and4xnot1fnot.endsand414输入与门xxor211a1b1p1xor21xxor212a2b2p2xor21xxor213a3b3p3xor21xxor214a4b4p4xor21xand211a1b1g1and21xand212a2b2g2and21xand213a3b3g3and21xand214p1c0m0and21xor211m0g1c1or21进位C1xand311p2p1c0m1and31xand215p2g1m2and21xor312g2m1m2c2or31进位C2xand411p3p2p1c0m3and41xand313p3p2g1m4and31xand216p3g2m5and217xor412m3m4m5g3c3or41进位C3xxor215p1c0s1xor21输出s1xxor216p2c1s2xor21输出s2xxor217p3c2s3xor21输出s3xxor218p4c3s4xor21输出s4.include"c:\\lib\\130nm_bulk.l"tt.optscale=0.05u.globalvddgndvddvdd01.2va1a10pulse1.21.220n1f1f30n100nva2a20pulse0020n1f1f30n100nva3a30pulse0020n1f1f30n100nva4a40pulse0020n1f1f30n100nvb1b10pulse1.21.220n1f1f30n100nvb2b20pulse1.21.2201f1f30n100nvb3b30pulse0020n1f1f30n100nvb4b40pulse1.21.220n1f1f30n100nvc0c00pulse004n1f1f0n100n.tran1n100n.plottranv(s1).plottranv(s2).plottranv(s3).plottranv(s4).end8.结果及分析8由波形可知:当输入a1=1，b1=1，前一级进位c0=0时，s1=a1+b1+c0=0，下一级进位c1=1.由波形可知:当输入a2=0，b2=1，前一级进位c1=1时，s2=a2+b2+c1=0，下一级9进位c2=1.由波形可知:当输入a3=0，b3=0，前一级进位c2=1时，s3=a3+b3+c2=1，下一级进位c3=0.由波形可知:当输入a4=0，b4=1，前一级进位c3=0时，s4=a4+b4+c2=1。根据四幅图片可知：两个加数A（a4a3a2a1)=0001和B（b4b3b2b1）=1011，和S（s4s3s2s1)=110010进位C（c3c2c1c0)=0110.故S（s4s3s2s1)=A（a4a3a2a1)+B（b4b3b2b1）9.延时手工计算选择路劲是A3(B3)到S4，则按顺序依次经过一个2输入异或门，一个3输入与非门，一个反相器，一个4输入的或非门，一个反相器，一个反相器，一个2输入异或门。门的类型个数逻辑强度LE寄生参数P2输入异或门2223输入与非门15/33/24输入或非门19/33反相器311/2逻辑强度:LE=225/39/3111=20电学强度:FO=Cout/Cin=5000分支强度:BE=4路径强度:PE=LEFOBE=400000级强度:SE=6.3归一化延迟:D=NSE+P=76.3+(22+3/2+3+1/23)=54延迟:T=TinvD=7.554=405(ps)10.总结本次课程设计我选择了四位超前进位加法器。超前进位加法器不仅在数字IC中涉及到了，而且在ASIC也学到了。相比于其他加法器，超前进位加法器最大优点在于减少了进位等待延迟，大大提高了运算的速度，因此在其他的运算器中得到了广泛应用。做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对网表有了更深入的了解，也熟练掌握了HSPICE软件操作。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如超前加法器如何实现超前进位的，平时看课本似懂非懂，通过动手实践让我对其结构映象深刻，原理更加明白了。通过这11次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，但归根结底是理论知识不够扎实，缺乏足够的耐心和一丝不苟的态度。同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。但更重要的是他充实了我的大学生活。忙碌、焦急、失落、兴奋、成功感，这就是我的课程设计的一周!11.参考书目［1］DavidA.Hodge,《AnalysisandDesignofDigitalIntegratedCircuitsinDeepSubmicronTechnology.ThridEdition》,清华大学出版社，2006年［2］阎石，《数字电子技术基础》，高等教育出版社，2006年［3］MichaelJohnSebastianSmith,《专用集成电路》，电子工业出版社，2004年12',)